Фазовый состав почвы это

Фазовый состав почв

Почву в почвоведении представляют как многофазное природное тело, которое организовано веществами, находящимися в трёх фазовых состояниях (твердом, жидком и газообразном), а также веществом, населяющих почву живых организмов.

Твердая фаза почвы– это поликомпонентная, полидисперсная органоминеральная система, формирую­щаяся в процессе почвообразования из материнской горной поро­ды и образующая твердый каркас почвенного те­ла. Она содержит обломки горной породы, остаточные минералы, раститель­ные остатки и продукты их разложения, гумус, вторичные глинистые минералы, простые соли и оксиды. Твердую фазу почвы характеризуют структурой, порозностью, гранулометрическим, минералогическим и химическим составами.

Жидкая фаза почвы –это вода в почве, или почвенный раствор – динамичная (изменяющаяся) по объему, химическому и фазовому составу часть почвы, заполняющая ее поровое пространство. Жидкая фаза почвы при низких температурах переходит в твердое состояние, пре­вращаясь в лед, при повышении температуры часть почвенной воды испа­ряясь, переходит в газовую фазу почвы. Жидкая фа­за – основный фактор дифференциации почвенного профиля, поскольку лишь в результате вер­тикального и латерального передвижения воды в почве происходит перемеще­ние тех или иных веществ в виде суспензий или раство­ров.

Газовая фаза почвы–это воздух, заполняющий в почве поры, свободные от воды. Состав этого воздуха существенно отличается от атмосферного воздуха и дина­мичен во времени.

Живая фаза почвы–это населяющие ее живые организмы, участвующие в процессе почвообразования.К ним относят различные бактерии, грибы, водоросли и представителей почвенной микро- и мезофауны: простейшие, насекомые, черви и пр., а также кор­невые системы растений.

Все четыре фазы почв неразрывны. Они существуют и функционируют как единое тело биогеосферы.

Источник

Фазовый состав почвы

Почва представляет собой сложную саморегулирующуюся по­ликомпонентную многофазную систему. Выделяют четыре физи­ческие фазы почвы — твердую, жидкую, газовую и живую.

Твердая фаза — скелет почвы, прочная основа, состоящая из минеральной (95—99 %) и органической частей. Минеральная часть сформировалась из материнских геологических пород и со­держит остаточные (обломки и частицы исходных пород и мине­ралов) и вторичные (вновь образованные) минералы, а также ок­сиды, соли, элементы и соединения, образовавшиеся в процессе выветривания и почвообразования.

Твердая фаза почвы полидисперсна, состоит из частиц и агре­гатов различных формы и величины: от крупных глыб, обломков породы, комков и песчинок до коллоидных частиц. Основные ха­рактеристики твердой фазы, почвы: минералогический, химичес­кий, гранулометрический (механический) и агрегатный составы, структура, плотность, пористость (скважность), связность.

Жидкая фаза почвы представляет собой почвенный раствор, который формируется из воды, поступающей в почву с атмосфер­ными осадками, из грунтовых вод, при конденсации водяных па­ров. Объем и химический состав почвенного раствора динамичны и зависят от количества поступающей воды, водно-физических свойств и химического состава почвы.

Почвенный раствор, или почвенная вода, занимает имеющиеся в твердой фазе почвы пустоты (поры, капилляры), адсорбируется коллоидными частицами, образуя различные по доступности растениям и связности в почве формы влаги (гравитационная, капил­лярная, пленочная, гигроскопическая вода и т.д.). Замерзая или испаряясь, почвенная вода переходит соответственно в твердую или газовую фазу.

Жидкая фаза почвы играет важную роль в почвенном плодоро­дии (питание растений) и в процессах почвообразования и фор­мирования почвенного профиля, осуществляя перенос различных частиц и соединений в виде суспензий, взвесей, коллоидных и ис­тинных растворов.

Основные характеристики жидкой фазы: концентрация, состав и реакция почвенного раствора, буферность, осмотическое давле­ние.

Газовая фаза почвы представлена почвенным воздухом, который заполняет свободные от воды пустоты (поры) в почве. Источни­ком почвенного воздуха являются воздух атмосферы и образую­щиеся в почве газы. Состав почвенного воздуха отличается от ат­мосферного и весьма динамичен. Вода и воздух в почве находятся в динамическом равновесии на основе антагонизма: чем больше воды, тем меньше воздуха, и наоборот. Основные характеристики газовой фазы: объем, состав и газообмен с атмосферой.

Живая фаза почвы представлена живыми организмами, населя­ющими почву и участвующими в почвообразовательном процессе. Это в первую очередь различные микроорганизмы (бактерии, актиномицеты, микроскопические грибы, водоросли), а также про­стейшие, насекомые, черви и др. Основные характеристики живой фазы: общая биологическая активность почвы, микробиологичес­кая и ферментативная активность, общая численность микроорга­низмов, дождевых червей и других живых организмов в почве.

Органическая часть — это неразложившиеся и полуразложив­шиеся остатки живых, главным образом растительных и животных организмов, продукты их разложения и синтеза, гумус.

Твердая, жидкая, газовая и живая фазы находятся в тесном вза­имодействии, составляя единую биокосную систему — почву.

Источник

ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ПОЧВ

Элементный состав почвы становится сравнительно малоинформативным, когда приходится решать вопрос о механизмах почвенных процессов и о тех законах, которым эти процессы подчиняются.

Почвообразование осуществляется в результате множества протекающих одновременно или последовательно процессов и химических реакций. Полной и достаточно стройной классификации этих процессов пока нет. В первом приближении почвенно-химические процессы можно подразделить на следующие большие группы:

— процессы трансформации органических и минеральных компонентов почвы;

— процессы переноса вещества;

— специфические сложные процессы формирования отдельных почвенных горизон- тов или почвенного профиля.

Процессы трансформации объединяют химические реакции разложения, синтеза и перестройки различных веществ, входящих в почвообразующую породу, в состав почвы или привносимых в почву извне. К ним относятся реакции выветривания (разложения) минералов и горных пород, идущие путем растворения. восстановления, гидролиза. В эту группу входят также процессы минерализации органического вещества, процессы гумификации, реакции образования и растворения осадков.

Процессы переноса вещества охватывают как внутрипочвенную миграцию вещества, так и миграцию с переносом вещества через границу почва – сопряженная среда (атмосфера, воды, породы). Частными видами процессов этой группы являются элювиирование, иллювиирование, аккумуляция и выщелачивание.

Процессы преобразования почвы и ее отдельных горизонтов воспринимают как целостное специфическое явление, но состоящее из многих частных процессов и реакций. К ним можно отнести оглеение, оподзоливание и т.д.

Понимание всех этих процессов опирается уже не на элементный состава почвы. На ее вещественный (молекулярный) состав. В конкретных реакциях участвуют не атомы, а ионы и молекулы, и поэтому физико-химические свойства почв базируются на свойствах молекул. Молекулы разного типа могут входить в состав различных фаз и поэтому в неодинаковой степени участвовать в химических реакциях.

Фазой называют совокупность всех гомогенных частей системы, одинаковых во всех точках по составу и по всем физико-химическим свойствам и отграниченных о других частей системы некоторой видимой поверхностью (поверхностью раздела).

Почва представляет собой многофазную систему. Она состоит из твердых частиц, воды (почвенного раствора) и почвенного воздуха. Если почвенный раствор и почвенный воздух можно считать отдельными фазами почвы, то твердые частицы нельзя считать отдельной фазой. Общее число твердых фаз в почве может быть очень велико. Отдельные фазы составляют совокупности частиц кварца, слюд, обломков полевых шпатов или обломков кристаллов каолинита и т.д. Особыми фазами представлены скопления труднорастворимых или растворимых солей, оксидов, гидроксидов. Одинаковые по составу, но различные по кристаллическому строению вещества образуют отдельные фазы. Так, карбонат кальция CaCO₃ может быть представлен кристаллами кальцита или арагонита.

Фазовый состав почвы не тождествен вещественному составу почвы. Число фаз может быть больше числа веществ, составляющих почву (явление полиморфизма), и наоборот – число фаз может быть меньше числа составляющих веществ, например в почвенном растворе.

На долю твердых частиц приходится 40-65% объема почвы. Объем почвенного раствора может изменяться в широком диапазоне. До 35% объема почвы обычно занимает почвенный воздух. Для типичных почв характерно следующее соотношение объемов твердых частиц, жидкой и газообразной фаз:

Т : Ж : Г = 2 : 1 : 1.

95% твердых частиц типичной плодородной почвы состоят из неорганических соединений и 5% — из неорганических. Некоторые виды почв, например торфяные, содержат иногда более 95% органических соединений, тогда как в так называемых «бедных» почвах содержание органических веществ может быть менее 1%.

Почвенный раствор – это жидкая фаза почвы, существующая в природных условиях. Состав почвенного раствора меняется в очень широких пределах. В незасоленных почвах в почвенном растворе содержится от десятых долей до нескольких г/л, или примерно от 5-7 до 100-150 ммоль/л катионов и анионов. Наиболее типичными компонентами почвенных растворов, концентрации которых значительно превосходят концентрации других катионов и анионов являются катионы Ca 2+ , Mg 2+ , K + , NH₄ + , Na + и анионы HCO₃ — , SO 2- , NO₃ — и Cl — . При изменении влажности почвы концентрация отдельных ионов меняется по различным законам. Так, концентрации ионов Na + , Cl — , NO₃ — возрастают пропорционально влажности почвы, а концентрация фосфат-иона, обусловленная произведением растворимости фосфатов, почти не изменяется.

Почвенный воздух отличается от атмосферного более высоким содержанием CO₂ (обычно от 0,1 до 2-3%), а в торфяных почвах на глубине 20-30 см концентрация CO₂ достигает 10-12% об. Содержание кислорода в воздухе верхнего слоя почвы (толщиной 20 см) на 0,5-1,5% ниже его концентрации в атмосферном воздухе. В почвенном воздухе могут содержаться H₂S, CH₄, N₂O и органические летучие соединения (углеводороды, спирты. эфиры, альдегиды).

Источник

Вопрос 14.Фазовый состав почв.

Почва – это многофазное природное тело, которое представлено следующими физическими фазами: твердая, жидкая, газовая и живое вещество почвенных организмов.

Твердая фаза почвы – это ее основа, образующая твердый каркас почвенного тела. Она состоит из остаточных минералов или обломков горной породы и органических веществ — растительных остатков. На поверхности твердых почвенных частиц сосредоточены основные запасы питательных веществ, прежде всего — гумус, микроорганизмы. Свойства почвы, ее богатство и плодородие в значительной мере зависят от состава почвы и величины частиц. Твердые частицы в естественном залегании заполняют не весь объем почвенной массы, а лишь некоторую ее часть. Другую часть составляют поры – промежутки различного размера и формы между частицами и их агрегатами. Суммарный объем пор называется пористостью почв. От пористости зависят водные свойства почвы (водопроницаемость, влагоемкость) и ее плотность. Твердая фаза почвы характеризуется гранулометрическим, минералогическим и химическим составом, а также сложением, структурой, порозностью. При механическом анализе почвы в ней различают следующие по крупности частицы. Частицы мельче 0,01 мм называют физической глиной, частицы от 0,01 до 1 мм — физическим песком, и частицы мельче 0,0001 мм — коллоидальными частицами.

Жидкая фаза почвы – это вода в почве, почвенный раствор, заполняющий поровое пространство почвы. Почвенные поры могут составлять от 25 до 70 % общего объема почвы. Во всякой почве содержится вода. Различно только ее содержание. Вода в почву попадает с дождем, снегом, градом, и росой. Иногда она проникает в ее поверхностные слои снизу, поднимаясь вверх по капиллярам. Вода, с растворенными в ней органическими веществами, солями, воздухом и содержащимися микроорганизмами называется почвенным раствором.

В различных почвах, различно и содержание почвенного раствора. Один богат солями (солончаковые почвы), другой органическими веществами (торфяники), третий бедный и тем и другим (пески). Передвигаясь в почве, раствор омывает почвенные частички, таким образом, он забирает из твердых частиц различные вещества, но в то же время и теряет часть. Таким образом, происходит постоянная смена состава почвенного раствора и самой почвы.

Содержание и свойства почвенного раствора зависят от водно-физических свойств почвы и от ее состояния в данный момент. В районах с низкими зимними температурами в холодный сезон жидкая фаза почвы переходит в твердое состояние, при повышении температуры часть почвенной воды может испариться, перейдя в газовую фазу. Жидкая фаза – это «кровь» почвенного тела, служащая основным фактором дифференциации почвенного профиля — главным образом путем передвижения воды в вертикальном и горизонтальном направлении происходит перемещение почвенных растворов, микроорганизмов. Почвенные растворы служат непосредственным источником питания растений. Человек всегда стремился своими разнообразными воздействиями в процессе сельскохозяйственного производства сделать его состав оптимальным для получения наиболее высокой продуктивности агроценозов. Орошение и осушение почв наряду с созданием благоприятного водного режима позволяет разбавить сильно концентрированные растворы, понизить концентрацию соединений железа и других элементов, токсичных для растений.

Для питания растений большое значение имеет осмотическое давление почвенного раствора. Осмотическое давление – это движение молекул из области более высоких концентраций в область более низких концентраций. При повышении осмотического давления почвенного раствора нарушается нормальное развитие сельскохозяйственных культур. У пшеницы, например, наблюдается задержка кущения, но ускоряются колошение, цветение и созревание, уменьшается урожайность, но увеличивается содержание белка в зерне.

Газовая фаза почвы или почвенный воздух – это смесь газообразных веществ, заполняющая в почве поры, свободные от воды, состав которой существенно отличается от атмосферного и очень динамичен во времени. Количество воздуха зависит от минерального состава почв. Процесс обмена почвенного воздуха с атмосферным называется газообменом или аэрацией. Растворенный почвенный воздух – это газы, растворенные в почвенной воде. Растворимость газов в почвенной воде возрастает с повышением их концентрации в свободном почвенном воздухе, а также с понижением температуры почвы.

В сухой почве воздуха больше, во влажной – меньше, поскольку вода и воздух в почве являются антагонистами, взаимно замещая друг друга в общем объеме почвенной порозности. Изменение состава почвенного воздуха происходит, главным образом, вследствие процессов жизнедеятельности микроорганизмов, дыхания корней растений и почвенной фауны. Почвенные грибы образуют разнообразные летучие соединения органической природы и определяют специфический запах земли. К макро газам почвенного воздуха относится азот, кислород, диоксид углерода.

В незначительных количествах в почвенном воздухе присутствуют такие компоненты, как NO₂, NO_3, CO_3, различные углеводороды – этилен, ацетилен, метан, а также сероводород, аммиак, эфиры и другие вещества. Болота часто выделяют самовозгорающиеся и психотропные газы. Обязательно отмечается присутствие инертных газов, в том числе и радиоактивных. Источником последних является распад радионуклидов минеральной части почвы. Естественная радиоактивность почвенного воздуха намного выше атмосферного.

Между атмосферой и почвой происходит постоянный газообмен, в процессе диффузии которого в почву проникает кислород и удаляется из нее углекислый газ и некоторые другие газы. Лучше аэрируются верхние слои почв, а также рыхлые, крупнопористые, с хорошей структурой и не переувлажненные почвы. При плохой аэрации, особенно в избыточно увлажненных почвах, содержание кислорода может понизиться до нескольких процентов или даже до десятых долей процента. Недостаток кислорода в почвенном воздухе нарушает нормальную жизнедеятельность корневых систем и растений в целом, а при очень малом содержании или отсутствии его (например, в случае затопления корнеобитаемого слоя почв) может привести к гибели активных корней и растений. Кроме того, недостаток кислорода в почве тормозит процессы разложения органического вещества. При этом в почве могут накапливаться токсичные продукты анаэробного разложения органических веществ, вредные для растений закисные соединения, а также токсичные продукты жизнедеятельности самих корней растений.

Достаточное содержание кислорода в почве обеспечивает необходимый уровень микробиологической деятельности, дыхание корней растений и почвенных животных, которые являются основными потребителями кислорода. И лишь небольшая его часть расходуется на чисто химические процессы окисления с выделением углекислого газа и воды. Основная масса кислорода в почве расходуется в процессе аэробного дыхания. Дефицит кислорода угнетает развитие корневых волосков, вызывает массовую гибель всходов растений, провоцирует развитие болезнетворных организмов, вызывающих корневую гниль. Концентрация кислорода в почвенном воздухе различных почв в различные сезоны года колеблется от десятых долей процента до 21 %. Растворенный кислород поддерживает окислительные свойства почвенного раствора. Оптимальные условия для растений создаются при содержании кислорода в почвенном воздухе в пределах около 20 %.

Азот из почвы поступает через корни растений. Он необходим для роста растений, образования белков, нуклеиновых кислот, хлорофилла. При недостатке азота в почве растения желтеют, отстают в росте. Прямых определений содержания молекулярного азота в почвенном воздухе крайне недостаточно, но исследования динамики содержания молекулярного азота важны для изучения процессов азотфиксации, нитрификации.

Растворенные почвенные газы проявляют высокую активность. С насыщением почвенного раствора углекислым газом повышается растворимость карбонатов, гипса. Доказано, что диоксид углерода атмосферы на 90 % имеет почвенное происхождение. Биологическое значение этого газа многосторонне. С одной стороны, он обеспечивает ассимиляционный процесс растений (искусственное повышение концентрации CO2 в теплицах вызывает увеличение скорости фотосинтеза и дает 50-100 % пророст урожая). Высокое содержание углекислого газа оказывает отрицательное влияние на семена, корни, урожайность растений.

Важность роли почв как источника органического вещества, поступающего в реки и далее в моря, отмечал В.И. Вернадский, указывая на то огромное значение, которое имеет в жизни и химических реакциях океана почвенный покров суши, и подчеркивал, что почва и морская вода химически и генетически тесно связаны.

Живая фаза почвы – это населяющие её организмы, непосредственно участвующие в процессе почвообразования. К ним относятся такие микроорганизмы, бактерии, грибы, водоросли, представители почвенной микро — и мезо- фауны, а именно простейшие, насекомые, черви, и корневые системы.

Источник